(2020年){运输合同}运输层协议及分析某某某

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1、第7章 运输层协议及分析,7.1 运输层协议概述 7.2 TCP/IP 体系中的运输层 7.3 用户数据报协议 UDP 7.4 传输控制协议 TCP 7.4.1 TCP 概述 7.4.2 TCP 可靠传输的工作原理 7.4.3 TCP 报文段的首部格式 7.4.4 TCP 的流量控制与拥塞控制 7.4.5 TCP 的重传机制 7.4.6 TCP 的运输连接管理 7.5 流控制传输协议（SCTP）,7.1 运输层协议概述,运输层向它上面的应用层提供通信服务， 属于面向通信部分的最高层，用户功能中的最低层。,物理层,网络层,运输层,应用层,数据链路层,面向信息处理,面向通信,用户功能,网络功能,一

2、、运输层在网络体系结构中的作用,运输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信,5 4 3 2 1,运输层端到端的逻辑通信,主机 A,主机 B,应用进程,应用进程,路由器 1,路由器 2,AP1,LAN2,WAN,AP2,AP3,AP4,IP 层,LAN1,AP1,AP2,AP4,端口,端口,5 4 3 2 1,IP 协议的作用范围,运输层协议 TCP 和 UDP 的作用范围,AP3,二、运输层要解决的问题,要提供端到端的可靠通信必需解决的问题 在一个连接上实现多对进程间通信的复用 弥补通信子网提供的差异和不足 解决通信子网自身无法解决的传输错误 总之，运输层填补了高层用户的要求与通信子网提供的服务

3、之间的间隙。通信子网提供的服务越多，运输层就越简单。通信子网提供的服务越少，运输层就越复杂。,三、运输层的主要功能,运输层的两项主要功能： 流量控制：通过滑动窗口实现； 可靠传输：由序号和确认来实现。,运输层主要提供TCP和UDP两种传输协议： TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。 UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。,运输层协议和网络层协议的主要区别,应用进程,应用进程,IP 协议的作用范围 （提供主机之间的逻辑通信）,TCP 和 UDP 协议的作用范围 （提供进程之间的逻

4、辑通信）,因 特 网,运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信 网络层是为主机之间提供逻辑通信,运输层与上下层之间关系的 OSI 表示法,运输实体,运输实体,运输协议,运输层,层接口,运输服务用户 （应用层实体）,运输服务用户 （应用层实体）,层接口,网络层 （或网际层）,应用层,主机 A,主机 B,运输层服务访问点 TSAP,网络层服务访问点 NSAP,运输层向上提供的两种服务,？,应 用 层,运 输 层,发 送 进 程,接 收 进 程,接 收 进 程,数据,数据,全双工可靠信道,数据,数据,使用 TCP 协议,使用 UDP 协议,不可靠信道,发 送 进 程,TCP/IP的运输层有两个不同的

5、协议： 用户数据报协议 UDP(User Datagram Protocol) 传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol) 两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫作运输协议数据单元 TPDU (Transport Protocol Data Unit)。 TCP 传送的数据协议单元是 TCP 报文段(segment) UDP 传送的数据协议单元是 UDP 报文或用户数据报。,7.2 TCP/IP 体系中的运输层7 .2.1 运输层中的两个协议,TCP/IP 体系中的运输层协议,TCP,UDP,IP,应用层,与各种网络接口,运输层,UDP 不提供可靠交付

6、，但UDP 是一种高效的工作方式。 TCP 提供面向连接的服务，传送数据之前需要先建立连接。 TCP 提供可靠交付，但增加了许多的开销。使协议数据单元的首部增大很多，占用许多的处理机资源。 SCTP是流控制传输协议，面向报文，可靠。 SCTP具有UTP和TCP最好的一些特点。,SCTP,7.2.2 端口的概念,运输控制层最主要任务是实现进程通信功能，要进行进程通信是通过端口来实现的。 在协议栈层间的抽象的协议端口是软件端口。 路由器或交换机上的端口是硬件端口。 硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口， 软件端口是应用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。 端口的作用就是让各种应用进程

7、都能将其数据通过端口向下交付给运输层，让运输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程。 端口用一个 16 bit 端口号进行标志。 端口号只具有本地意义。在因特网中不同计算机的相同端口号是没有联系的。,端口在进程之间的通信中所起的作用,应 用 层,运 输 层,网 络 层,TCP 报文段,UDP 用户数据报,应用进程,TCP 复用,IP 复用,UDP 复用,TCP 报文段,UDP 用户数据报,应用进程,端口,端口,TCP 分用,UDP 分用,IP 分用,发送方,接收方,三类端口 熟知端口：TCP/ IP体系确定并公布的，其数值一般为 01023。用来表示公共应用程序。指示了

8、正在使用的上层协议。 登记端口号，数值为102449151，为没有熟知端口号的应用程序使用的。使用这个范围的端口号必须登记，以防止重复。 客户端口号或短暂端口号，数值为4915265535，留给客户进程选择暂时使用。当服务器进程收到客户进程的报文时，就知道了客户进程所使用的动态端口号。,常用的默认端口,代理服务器常用端口：（1）. HTTP协议代理服务器常用端口号：80/8080/3128/8081/9080（2）. SOCKS代理协议服务器常用端口号：1080（3）. FTP协议代理服务器常用端口号：21（4）. Telnet协议代理服务器常用端口：23,7.3 用户数据报协议 UDP 7.

9、3.1 UDP 概述,UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了很少一点的功能，即端口的功能和差错检测的功能。 虽然 UDP 用户数据报只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某些方面有其特殊的优点。 发送数据之前不需要建立连接 UDP 的主机不需要维持复杂的连接状态表。 UDP 用户数据报只有8个字节的首部开销。 UDP可支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。 网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。,端口是用报文队列来实现,UDP 端口 51000,UDP 端口 69,出队列,入队列,出队列,入队列,TFTP 服务器,TFTP 客户,UDP 用户数据报,应

10、 用 层,运 输 层,服务器端用熟知端口，客户端请求用一般端口,7.3.2 UDP 用户数据报的首部格式,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,UDP长度,源 IP 地址,目的 IP 地址,0,17,IP 数据报,字节,4,4,1,1,2,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,UDP长度,源 IP 地址,目的 IP 地址,0,17,IP 数据报,字节,4,4,1,1,2,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,用户数据报 UDP 有两个字段：数据字

11、段和首部字段。首部字段有 8 个字节，由 4 个字段组成，每个字段都是两个字节。,伪首部,源端口,目的端口,长 度,检验和,数 据,首 部,UDP长度,源 IP 地址,目的 IP 地址,0,17,IP 数据报,字节,4,4,1,1,2,12,2,2,2,2,字节,发送在前,数 据,首 部,UDP 用户数据报,检验和检验部分包括首部和数据。在计算检验和时，临时把“伪首部”和 UDP 用户数据报连接在一起。伪首部仅仅是为了计算检验和。不向上和向下传输。,10011001 00010011 153.19 00001000 01101000 8.104 10101011 00000011 171.3

12、00001110 00001011 14.11 00000000 00010001 0 和 17 00000000 00001111 15 00000100 00111111 1087 00000000 00001101 13 00000000 00001111 15 00000000 00000000 0（检验和） 01010100 01000101 数据 01010011 01010100 数据 01001001 01001110 数据 01000111 00000000 数据和 0（填充） 10010110 11101011 求和得出的结果 01101001 00010100 检验和,1

13、53.19.8.104,171.3.14.11,12 字节 伪首部,8 字节 UDP 首部,7 字节 数据,填充,按二进制反码运算求和 将得出的结果求反码,全 0 17 15 1087 13 15 全 0 数据 数据 数据 数据 数据 数据 数据 全 0,TCP 是面向连接的运输层协议。 每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint)，每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。 TCP 提供可靠交付的服务。 TCP 提供全双工通信。 面向字节流。,7.4 传输控制协议 TCP 7.4.1 TCP 概述,TCP 面向流的概念,发送 TCP 报文段,发送方,接收方,把字节写入 发送缓存

14、,从接收缓存 读取字节,应用进程,应用进程,18,17,16,15,14,H,加上 TCP 首部 构成 TCP 报文段,TCP,TCP,字节流,字节流,H,表示 TCP 报文段的首部,x,表示序号为 x 的数据字节,TCP 连接,每一条 TCP 连接有两个端点。 TCP 连接的端点不是主机，不是主机的IP 地址，不是应用进程，也不是运输层的协议端口。TCP 连接的端点叫做套接字(socket)或插口。 端口号拼接到(contatenated with) IP 地址即构成了套接字。 套接字和端口、IP 地址的关系是：,TCP 的连接,socket有多种不同的意思,应用编程接口 API 称为 so

15、cket API, 简称为 socket。 socket API 中使用的一个函数名也叫作socket。 调用 socket 函数的端点称为 socket。 调用 socket函数时其返回值称为 socket描述符，可简称为 socket。 在操作系统内核中连网协议的 Berkeley 实现，称为 socket 实现。,7.4.2 可靠传输的工作原理,(a) 无差错情况,A,发送 M1,确认 M1,B,发送 M2,发送 M3,确认 M2,确认 M3,A,发送 M1,B,超时重传 M1,发送 M2,确认 M1,丢弃有差错 的报文,(b) 超时重传,t,t,t,t,确认丢失和确认迟到,A,发送 M1,B,超时 重传 M1,发送 M2,丢弃 重复的 M1 重传确认 M1,(a) 确认丢失,确认 M1,A,发送 M1,B,超时 重传 M1,发送 M2,丢弃 重复的 M1 重传确认M1,(b) 确认迟到,确认 M1,收下迟到 的确认 但什么也不做,t,t,t,t,流水线传输,发送方可连续发送多个分组，不必每发完一个分组就停顿下来等待对方的确认。 由于信道上一直有数据不间断地传送，这种传输方式可获得很高的信道利用率。,B,分组,t,t,A,ACK,累积确认,接收方一般采用累积确认的方式。即不必对收到的分组逐个发送确认，而是对按序到达的最后一个分组发送确认，这样就表示：到这个